第二單元 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度
第1時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的方向
[目標(biāo)要求] 1.了解自發(fā)過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2.通過(guò)“有序”和“無(wú)序”的對(duì)比，了解熵和熵變的概念。3.初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響，能用焓變和熵變說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)的方向。
一、化學(xué)反應(yīng)的方向
1．化學(xué)反應(yīng)具有方向性，許多化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而其逆反應(yīng)無(wú)法自發(fā)進(jìn)行。
2．自發(fā)反應(yīng)：在一定條下無(wú)需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。
二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)
1．能量判據(jù)
自然界中的自發(fā)過(guò)程，都有由能量較高狀態(tài)向能量較低狀態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向；絕大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行，且反應(yīng)放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應(yīng)越完全。
反應(yīng)的焓變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一。
2．熵判據(jù)
(1)熵
用度量體系混亂程度的物理量。熵值越大，混亂程度越大。符號(hào)為S。單位：J•mol－1•－1。
(2)熵值大小的比較
同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)＞S(l)＞S(s)。
(3)熵變：反應(yīng)前后體系熵的變化，符號(hào)為ΔS。
若發(fā)生變化后體系的混亂度增大，該過(guò)程的ΔS>0，反之，ΔS<0。
(4)熵變與化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性關(guān)系
ΔS>0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；ΔS<0，反應(yīng)不能進(jìn)行。化學(xué)反應(yīng)的ΔS越大，越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
3．復(fù)合判據(jù)
體系能量降低(ΔH<0)和混亂度增大(ΔS>0)都有促使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的傾向，判斷反應(yīng)的自發(fā)性必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變。在恒溫、恒壓時(shí)：
(1)當(dāng)ΔH<0，ΔS>0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
(2)當(dāng)ΔH>0，ΔS<0時(shí)，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
(3)當(dāng)ΔH<0，ΔS<0時(shí)，反應(yīng)在較低溫度下自發(fā)進(jìn)行。
(4)當(dāng)ΔH>0，ΔS>0時(shí)，反應(yīng)在較高溫度下自發(fā)進(jìn)行。
知識(shí)點(diǎn)一 能量判據(jù)
1．實(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。對(duì)此說(shuō)法的理解正確的是( )
A．所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的
B．所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的
C．焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素
D．焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的惟一判據(jù)
答案 C
解析 多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，并不是所有自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，既然說(shuō)“多數(shù)”，必定存在特例，所以只能說(shuō)“焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素，但不是唯一因素”。
2．下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)解釋的是( )
A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ•mol－1
B．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ•mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－286 kJ•mol－1
D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.2 kJ•mol－1
答案 C
解析 從焓變的角度分析，化學(xué)反應(yīng)有由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化、使體系能量降低的趨勢(shì)，表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進(jìn)行。
知識(shí)點(diǎn)二 熵判據(jù)
3．碳酸銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)的分解產(chǎn)生氨氣，對(duì)其說(shuō)法正確的是( )
A．碳酸銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體，使體系的熵增大
B．碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量
C．碳酸銨分解是吸熱反應(yīng)，根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解
D．碳酸鹽都不穩(wěn)定，都能自發(fā)分解
答案 A
解析 (NH4)2CO3的分解為吸熱反應(yīng)，而吸熱反應(yīng)不易自發(fā)進(jìn)行；根據(jù)焓變與熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)的共同影響，該反應(yīng)熵值一定增大。
4．摩爾熵是單位物質(zhì)的量的物質(zhì)在一定條下所具有的熵。試比較下列兩組物質(zhì)摩爾熵的大小順序。
(1)相同條下的氣態(tài)甲醇、乙醇、丙醇。
(2)氣態(tài)苯、液態(tài)苯、固態(tài)苯。
答案 (1)S(氣態(tài)甲醇)<S(氣態(tài)乙醇)<S(氣態(tài)丙醇) (2)S(氣態(tài)苯)>S(液態(tài)苯)>S(固態(tài)苯)
解析 一般講，組成物質(zhì)的原子種類相同時(shí)，一個(gè)分子中的原子數(shù)目越多，其混亂度就越大，熵值也越大；對(duì)于同一種物質(zhì)，S(g)>S(l)>S(s)。根據(jù)以上的規(guī)律可知，對(duì)于(1)，S(氣態(tài)甲醇)<S(氣態(tài)乙醇)<S(氣態(tài)丙醇)；對(duì)于(2)，S(氣態(tài)苯)>S(液態(tài)苯)>S(固態(tài)苯)。
知識(shí)點(diǎn)三 復(fù)合判據(jù)
5．某反應(yīng)：A===B＋C在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，對(duì)該反應(yīng)過(guò)程ΔH、ΔS的判斷正確的是( )
A．ΔH＜0、ΔS＜0 B．ΔH＞0、ΔS＜0
C．ΔH＜0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＞0
答案 D
解析 由題意知：該反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)反應(yīng)，而高溫下能自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)ΔH和ΔS對(duì)反應(yīng)方向的共同影響可推知：ΔH>0，ΔS>0。
6．下列反應(yīng)中，常溫常壓下一定不能自發(fā)進(jìn)行的是( )
A．2ClO3(s)===2Cl(s)＋3O2(g)
ΔH＝－78.03 kJ•mol－1
ΔS＝＋1 110 J•mol－1•－1
B．CO(g)===C(s，石墨)＋12O2(g)
ΔH＝110.5 kJ•mol－1
ΔS＝－89.36 J•mol－1•－1
C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3 kJ•mol－1
ΔS＝－280.1 J•mol－1•－1
D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
ΔH＝37.30 kJ•mol－1
ΔS＝＋184.05 J•mol－1•－1
答案 B
練基礎(chǔ)落實(shí)
1．下列說(shuō)法中正確的是( )
A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的
B．自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變的反應(yīng)
C．自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臈l下才能實(shí)現(xiàn)
D．自發(fā)反應(yīng)在任何條下都能實(shí)現(xiàn)
答案 C
解析 放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過(guò)程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)的；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大，可能減小，也可能不變；過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體的條，能量判據(jù)和熵判據(jù)要綜合考慮利用，不能簡(jiǎn)單地單一使用。故選C。
2．下列對(duì)熵的理解不正確的是( )
A．同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大，固態(tài)時(shí)熵值最小
B．體系越有序，熵值越�。辉交靵y，熵值越大
C．與外界隔離的體系，自發(fā)過(guò)程將導(dǎo)致體系的熵減小
D．25 ℃、1.01×105 Pa時(shí)，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是熵增的反應(yīng)
答案 C
解析 體系都有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序的傾向，此過(guò)程為熵增過(guò)程，故C錯(cuò)誤。
3.在圖中A、B兩容器里，分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開(kāi)(如圖所示)，兩種氣體分子立即都分布在兩個(gè)容器中。這是一個(gè)不伴隨能量變化的自發(fā)過(guò)程。關(guān)于此過(guò)程的下列說(shuō)法不正確的是( )
A．此過(guò)程為混亂程度小的向混亂程度大的方向變化的過(guò)程，即熵增大的過(guò)程
B．此過(guò)程為自發(fā)過(guò)程，而且沒(méi)有熱量的吸收或放出
C．此過(guò)程從有序到無(wú)序，混亂度增大
D．此過(guò)程是自發(fā)可逆的
答案 D
解析 根據(jù)題意ΔH＝0，ΔS＞0，由ΔH－TΔS推知該過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行，氣體擴(kuò)散為熵增過(guò)程，而其逆過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行。
4．已知在等溫條下，化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)為：
ΔH－TΔS<0，反應(yīng)能正向自發(fā)進(jìn)行；
ΔH－TΔS＝0，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；
ΔH－TΔS>0，反應(yīng)能逆向自發(fā)進(jìn)行。
(其中ΔH為焓變，ΔS為熵變，T為熱力學(xué)溫度，單位為)
設(shè)反應(yīng)A(s)===D(g)＋E(g) ΔH－TΔS＝(－4 500＋11T)J•mol－1，要防止反應(yīng)發(fā)生，溫度必須( )
A．高于409
B．低于136
C．高于136 而且低于409
D．低于409
答案 A
5．25 ℃和1.01×105 Pa時(shí)，反應(yīng)2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ/mol，自發(fā)進(jìn)行的原因是( )
A．是吸熱反應(yīng) B．是放熱反應(yīng)
C．是熵減少的反應(yīng) D．熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)
答案 D
練方法技巧
6．石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為
C(石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.51 kJ•mol－1
C(金剛石)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.41 kJ•mol－1
關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法正確的是( )
A．石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程
B．金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程
C．金剛石比石墨更穩(wěn)定
D．金剛石比石墨能量低
答案 B
解析 由熱化學(xué)方程式可知，石墨比金剛石能量低，1 mol石墨轉(zhuǎn)化為1 mol金剛石需吸收1.9 kJ的熱量，金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是放熱反應(yīng)，因此金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程。物質(zhì)所具有的能量越低越穩(wěn)定。
點(diǎn)撥：那些不用借助外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)過(guò)程的共同特點(diǎn)是：體系趨于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部做功或釋放熱量)，這就是所謂的能量判據(jù)。但是自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)反應(yīng)不一定都是由高能狀態(tài)到低能狀態(tài)的過(guò)程，例如，硝酸銨溶于水。因而只使用能量判據(jù)確定變化過(guò)程的方向是片面的。對(duì)具體反應(yīng)需應(yīng)用能量判據(jù)和熵判據(jù)綜合進(jìn)行分析，即凡是能夠使體系能量降低、熵增大的方向就是化學(xué)反應(yīng)容易進(jìn)行的方向。
7．汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染之一，治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器，它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無(wú)毒氣體，其反應(yīng)原理是：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，在298 、100 kPa下，ΔH＝－113 kJ•mol－1，ΔS＝－145 J•mol－1•－1。下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( )
A．該反應(yīng)中反應(yīng)物總能量高于生成物的總能量
B．該反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要高溫和催化劑條
C．該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行，高溫和催化劑條只是加快反應(yīng)的速率
D．汽車尾氣中的這兩種氣體會(huì)與人體血紅蛋白結(jié)合而使人中毒
思路點(diǎn)撥：解答本題要注意以下兩點(diǎn)：
(1)利用ΔG＝ΔH－TΔS判斷反應(yīng)的方向。
(2)注意反應(yīng)發(fā)生的條。
答案 B
解析 因?yàn)?NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，298 時(shí)，ΔH＝－113 kJ/mol，ΔS＝－145 J•mol－1•－1，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且是熵減的反應(yīng)，生成物的總能量低于反應(yīng)物的總能量。常溫時(shí)ΔG＝ΔH－TΔS＝－113 kJ•mol－1－298 ×(－145×10－3 kJ•mol－1•－1)＝－69.79 kJ•mol－1<0，即該反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行，故A、C、D正確。
練綜合拓展
8．某化學(xué)科研小組研究在其他條不變時(shí)，改變某一條對(duì)反應(yīng)[可用aA(g)＋bB(g) cC(g)表示]化學(xué)平衡的影響，得到如圖所示圖象(圖中p表示壓強(qiáng)，T表示溫度，n表示物質(zhì)的量，α表示平衡轉(zhuǎn)化率，φ表示體積分?jǐn)?shù))：
分析圖象，回答下列問(wèn)題：
(1)在圖象反應(yīng)Ⅰ中，若p1>p2，則此正反應(yīng)為_(kāi)_______(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)，也是一個(gè)氣體分子數(shù)________(填“減少”或“增大”)的反應(yīng)，由此判斷，此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，必須滿足的條是________。
(2)在圖象反應(yīng)Ⅱ中，T1________T2(填“>”、“<”或“＝”)，該正反應(yīng)為_(kāi)_______(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。
(3)在圖象反應(yīng)Ⅲ中，若T1>T2，則該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？
答案 (1)放熱 減少 低溫 (2)> 放熱 (3)能自發(fā)進(jìn)行
解析 本題涉及圖象的分析及化學(xué)平衡的移動(dòng)和反應(yīng)進(jìn)行的方向等知識(shí)點(diǎn)。反應(yīng)Ⅰ中恒壓下溫度升高，α(A)減小，即升高溫度平衡向左移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0；由p1>p2知恒定溫度時(shí)壓強(qiáng)越大，α(A)越大，即增大壓強(qiáng)平衡向右移動(dòng)，說(shuō)明此反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)(a＋b>c)，即為熵減反應(yīng)，ΔS<0。放熱、熵減反應(yīng)只能在低溫下自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)Ⅱ中T1溫度下反應(yīng)先達(dá)到平衡狀態(tài)，說(shuō)明T1>T2；溫度越高，平衡時(shí)C的物質(zhì)的量越小，即升高溫度平衡
向左移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。反應(yīng)Ⅲ中在恒溫下壓強(qiáng)變化對(duì)α(A)沒(méi)有影響，說(shuō)明壓強(qiáng)變化不能影響平衡，此反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)(a＋b＝c)，反應(yīng)過(guò)程中熵變很小，ΔS≈0，若T1>T2，恒壓下溫度越高α(A)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向左移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，則ΔH－TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
9．已知，一個(gè)可逆反應(yīng)，若正反應(yīng)為自發(fā)過(guò)程，則其逆反應(yīng)為非自發(fā)過(guò)程，反之，亦然。
(1)已知2CO(g) CO2(g)＋C(s)，T＝980 時(shí)ΔH－TΔS＝0。當(dāng)體系溫度低于980 時(shí)，估計(jì)ΔH－TΔS____0(填“大于”、“小于”或“等于”，下同)；當(dāng)體系溫度高于980 時(shí)，估計(jì)ΔH－TΔS____0。
(2)電子工業(yè)中清洗硅片上的SiO2(s)的反應(yīng)為
SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g)
ΔH(298.15 )＝－94.0 kJ•mol－1
ΔS(298.15 )＝－75.8 J•mol－1•－1，設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變化，則此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度是________________________________________________________________________。
答案 (1)小于 大于 (2)小于1 240
解析 (1)C(s)＋CO2(g)??2CO(g)的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0，則2CO(g)??CO2(g)＋C(s)為放熱反應(yīng)，ΔH＜0，且該反應(yīng)ΔS＜0，則當(dāng)T＜980 時(shí)，ΔH－TΔS<0，T＞980 時(shí)，ΔH－TΔS＞0。
(2)由題給信息，要使反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，須有ΔH－TΔS<0，
即－94.0 kJ•mol－1－T×(－75.8 J•mol－1•－1)×10－3 kJ•J－1<0則
T<94.0 kJ•mol－175.8 J•mol－1•－1×10－3kJ•J－1＝1.24×103 。
10．在298 時(shí)，下列反應(yīng)的ΔH依次為：
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH1＝－1 366.8 kJ•mol－1
C(石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ•mol－1
H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ•mol－1
乙醇(C2H5OH)、氫氣、石墨和氧氣的熵值分別為：
161．0 J•mol－1－1、130.6 J•mol－1－1、5.74 J•mol－1－1、205.3 J•mol－1－1，則298 時(shí)，由單質(zhì)生成1 mol乙醇的ΔH、ΔS及ΔH－TΔS分別為多少？
答案 －277.6 kJ•mol－1 －344.93 J•mol•L－1•－1�。�174.8 kJ•mol－1
解析 ΔH＝2ΔH2＋3ΔH3－ΔH1
＝2×(－393.5 kJ•mol－1)＋3×(－285.8 kJ•mol－1)－(－1 366.8 kJ•mol－1)＝－277.6 kJ•mol－1
ΔS＝161.0 J•mol－1－1 －3×130.6 J•mol－1－1 －2×5.74 J•mol－1－1 －1/2×205.3 J•mol－1－1
＝－344.93 J/(mol•)
ΔG＝ΔH－TΔS
＝－277.6 kJ•mol－1－298 ×(－344.93×10－3 kJ•mol－1•－1)＝－174.8 kJ•mol－1
第2時(shí) 化學(xué)平衡狀態(tài)
[目標(biāo)要求] 1.了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性，了解可逆反應(yīng)的概念、特點(diǎn)。2.理解化學(xué)平衡建立的過(guò)程。3.理解化學(xué)平衡的特征。
一、可逆反應(yīng)
1．概念
在一定條下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。如：N2＋3H2 2NH3。
2．特點(diǎn)
(1)同一條下，正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時(shí)發(fā)生、同時(shí)存在。
(2)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，反應(yīng)物不能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。
(3)反應(yīng)體系中，與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)同存于同一反應(yīng)體系。
(4)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí)，反應(yīng)仍在進(jìn)行，沒(méi)有停止。
二、化學(xué)平衡狀態(tài)
1．含義
在一定條下，當(dāng)正、逆兩個(gè)方向的反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量或濃度可以保持恒定。
2．特征
①逆：可逆反應(yīng)�、诘龋簐正＝v逆�、鄱ǎ何镔|(zhì)恒定
④動(dòng)：動(dòng)態(tài)平衡，反應(yīng)沒(méi)停止�、葑儯簵l變，平衡移動(dòng)
三、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
1．看v(正)與v(逆)是否相等。
2．看體系中的各物質(zhì)是否保持恒定。
知識(shí)點(diǎn)一 可逆反應(yīng)
1．下列反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)的是( )
A．H2和O2點(diǎn)燃生成H2O的反應(yīng)與H2O電解生成H2和O2的反應(yīng)
B．CuSO4吸水形成晶體藍(lán)礬與藍(lán)礬加熱失去水分生成CuSO4
C．Cl2溶于水
D．Na2O溶于水
答案 C
解析 A、B項(xiàng)的反應(yīng)不是在同一條下進(jìn)行，不屬于可逆反應(yīng)；D項(xiàng)反應(yīng)能進(jìn)行到底，不屬于可逆反應(yīng)；同一條下，Cl2與水反應(yīng)生成HCl和HClO，同時(shí)，HCl和HClO反應(yīng)生成Cl2與水，屬于可逆反應(yīng)。
2．在密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng)：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol•L－1、0.3 mol•L－1、0.2 mol•L－1，在一定條下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度有可能是( )
A．Z為0.3 mol•L－1
B．X2為0.2 mol•L－1
C．Y2為0.4 mol•L－1
D．c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.55 mol•L－1
答案 A
解析 可逆反應(yīng)中，反應(yīng)體系中各物質(zhì)一定共存，如果B、C選項(xiàng)中的數(shù)據(jù)存在，則Z的濃度為0，這是不可能的，A選項(xiàng)符合題意；又因?yàn)樵摲磻?yīng)是總體積不變的反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，不論X2、Y2、Z怎么變化，總物質(zhì)的量不會(huì)改變，總濃度也不會(huì)改變，即：c(X2)＋c(Y2)＋c(Z)＝0.6 mol•L－1。
知識(shí)點(diǎn)二 化學(xué)平衡狀態(tài)的判定
3．能夠說(shuō)明一個(gè)可逆反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
A．1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有1 mol H—I鍵形成
B．1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有2 mol H—I鍵形成
C．1 mol I—I鍵斷裂的同時(shí)有2 mol HI鍵形成
D．1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有1 mol I—I鍵形成
答案 D
解析 斷裂反應(yīng)物的化學(xué)鍵和形成生成物的化學(xué)鍵都表示正反應(yīng)，斷裂生成物的化學(xué)鍵和形成反應(yīng)物的化學(xué)鍵都表示逆反應(yīng)，只要抓住反應(yīng)方向相反和物質(zhì)的生成和消耗量符合反應(yīng)方程式，問(wèn)題便可解決。
4．在一定條下，反應(yīng)：2NO＋O2 2NO2在定容容器中發(fā)生，對(duì)該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志的描述中，錯(cuò)誤的是( )
A．混合氣體的總分子數(shù)不再變化
B．混合氣體的顏色不再變化
C．容器的總壓強(qiáng)不再變化
D．混合氣體的總質(zhì)量不再變化
答案 D
解析 該反應(yīng)為物質(zhì)的量改變的反應(yīng)，在定容容器中，建立平衡的過(guò)程會(huì)有壓強(qiáng)的改變、總分子數(shù)的改變、顏色的改變，一旦這些可變量不變了，則證明平衡建立了，而總質(zhì)量在任何情況下都不發(fā)生變化。
5．在一定溫度下，反應(yīng)A2(g)＋B2(g) 2AB(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是( )
A．單位時(shí)間生成n mol的A2，同時(shí)生成n mol的AB
B．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化
C．單位時(shí)間生成2n mol的AB同時(shí)生成n mol的B2
D．平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化而變化
答案 C
解析 該反應(yīng)是等體積反應(yīng)，壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化，不能證明為平衡狀態(tài)。平均式量不隨時(shí)間變化也不能證明為平衡狀態(tài)。如果不是等體積反應(yīng)，則這兩種情況都能證明為平衡狀態(tài)。
練基礎(chǔ)落實(shí)
1．在密閉容器中，充入SO2和18O原子組成的氧氣，在一定條下開(kāi)始反應(yīng)，在達(dá)到平衡后，18O存在于( )
A．只存在于氧氣中
B．只存在于SO3中
C．只存在于SO2和SO3中
D．SO2、SO3、O2中都存在
答案 D
解析 該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，正反應(yīng)、逆反應(yīng)同時(shí)存在；化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡，正反應(yīng)發(fā)生時(shí)，18O存在于SO3中，逆反應(yīng)發(fā)生時(shí)，SO3中的18O又可以轉(zhuǎn)化到SO2中。
2．可逆反應(yīng)aA(g)＋bB(g) cC(g)的正、逆反應(yīng)速率可用各反應(yīng)物或生成物濃度的變化表示。下列各關(guān)系式中能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
A．a(chǎn)v正(A)＝bv正(B) B．bv正(A)＝av逆(B)
C．a(chǎn)v正(C)＝cv正(A) D．a(chǎn)v正(A)＝bv逆(B)
答案 B
解析 當(dāng)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。正、逆反應(yīng)速率相等有以下幾種表現(xiàn)形式：若用同一物質(zhì)表示：v正＝v逆；若用不同物質(zhì)表示v逆∶v正＝化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。根據(jù)化學(xué)方程式中A、B、C間的計(jì)量關(guān)系，可知上述四個(gè)選項(xiàng)中，只有bv正(A)＝av逆(B)表示正、逆反應(yīng)速率相等。
3．可逆反應(yīng)2HI(g) H2(g)＋I(xiàn)2(g)在密閉容器中進(jìn)行，下列能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化
B．混合氣體總分子數(shù)不隨時(shí)間變化而變化
C．混合氣體的顏色不再改變
D．c(H2)與c(I2)保持相等
答案 C
解析 該反應(yīng)為體積不變的反應(yīng)，總分子數(shù)不變、壓強(qiáng)不變不證明平衡已建立，H2、I2都是生成物且計(jì)量數(shù)相等，二者濃度相等也不能證明平衡已建立。
4．可逆反應(yīng)：2NO2 2NO＋O2在恒容密閉容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是( )
①單位時(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO2�、趩挝粫r(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為2∶2∶1的狀態(tài)�、芑旌蠚怏w的顏色不再改變的狀態(tài) ⑤混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)�、藁旌蠚怏w的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
A．①④⑥ B．②③⑤
C．①③④ D．①②③④⑤⑥
答案 A
5．3 mol H2和1 mol N2放入密閉容器中，使用催化劑發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H2 2NH3，從反應(yīng)開(kāi)始到平衡過(guò)程中，不可能出現(xiàn)的是( )
A．2 mol NH3 B．0.5 mol NH3
C．0.9 mol N2 D．H2和NH3物質(zhì)的量相等
答案 A
解析 可逆反應(yīng)不可能進(jìn)行到底。當(dāng)生成2 mol NH3時(shí)，N2和H2的物質(zhì)的量均為0，這種情況不可能出現(xiàn)。
練方法技巧
6．在一定溫度下的剛性密閉容器中，當(dāng)下列哪些物質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí)，表明下述反應(yīng)：
A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)( )
①混合氣體的壓強(qiáng) ②混合氣體的密度 ③B的物質(zhì)的量濃度�、軞怏w的總物質(zhì)的量�、莼旌蠚怏w的平均相對(duì)分子質(zhì)量�、尬镔|(zhì)C的百分含量 ⑦各氣體的物質(zhì)的量
A．②③⑤⑥⑦ B．①②③⑥⑦
C．②③④⑤⑥ D．①③④⑤⑦
思路點(diǎn)撥：解答本題需要注意以下兩點(diǎn)：
(1)判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志是v(正)＝v(逆)和反應(yīng)混合物中各組成成分的百分含量不變。
(2)物質(zhì)的狀態(tài)及反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之間的關(guān)系。
答案 A
解析 A(s)＋2B(s) C(g)＋D(g)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，不管是否平衡，混合氣體的壓強(qiáng)始終不變，氣體的總物質(zhì)的量也不變，不是判斷是否達(dá)到平衡的標(biāo)志。
7．某體積可變的密閉容器，盛有適量的A和B的混合氣體，在一定條下發(fā)生反應(yīng)：A＋3B 2C。若維持溫度和壓強(qiáng)不變，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為V L，其中C氣體的體積占10%。下列推斷正確的是( )
①原混合氣體的體積為1.2V L ②原混合氣體的體積為1.1V L�、鄯磻�(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體A消耗掉0.05V L ④反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氣體B消耗掉0.05V L
A．②③ B．②④ C．①③ D．①④
答案 A
解析 設(shè)起始A和B的體積分別為a、b
A �。 �3B ?? 2C
起始的體積(L) a b 0
轉(zhuǎn)化的體積(L) 0.05V 0.15V 10%V
平衡時(shí)體積(L) a－0.05V b－0.15V 10%V
a－0.05V＋b－0.15V＋10%V＝V
a＋b＝1.1V
8．已知汽車尾氣無(wú)害化處理反應(yīng)為2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0
下列說(shuō)法不正確的是( )
A．升高溫度可使該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率降低
B．反應(yīng)達(dá)平衡后，CO的反應(yīng)速率保持不變
C．使用高效催化劑可有效提高正、逆反應(yīng)速率
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和N2的物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡
答案 A
解析 此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，但平衡逆移，故A錯(cuò)；加入催化劑，能同等程度地提高正、逆反應(yīng)速率，故C正確；平衡時(shí)，各成分的反應(yīng)速率保持不變，但不為0，故B正確；消耗CO為v(正)，消耗N2為v(逆)，當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和N2的物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí)，均換算為CO的反應(yīng)速率，得v(正)＝v(逆)，達(dá)平衡，故D正確。
練綜合拓展
9．在200 ℃時(shí)，將a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到體積為V L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：I2(g)＋H2(g) 2HI(g)。
(1)反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，由于c(H2)＝______，c(I2)＝______，而c(HI)＝______，所以化學(xué)反應(yīng)速率____________最大，而________最小(為零)；
(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)混合物中各組分濃度的變化趨勢(shì)為c(H2)______，c(I2)________，而c(HI)__________，從而化學(xué)反應(yīng)速率v正____________，而v逆________；
(3)當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到v正與v逆________時(shí)，此可逆反應(yīng)就達(dá)到了平衡，若保持外界條不變時(shí)，反應(yīng)混合物中各組分的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和生成物的產(chǎn)率及體系的總壓強(qiáng)(或各組分的分壓)都將________。
答案 (1)aV mol•L－1 bV mol•L－1 0 v正 v逆
(2)減小 減小 增大 減小 增大
(3)相等 保持不變
10．有A、B、C三種氣體，若起始時(shí)取1 mol A與2 mol B發(fā)生反應(yīng)：A＋2B 2C，達(dá)到平衡時(shí)，c(A)、c(B)、c(C)之比等于v(A)、v(B)、v(C)之比，則達(dá)到平衡時(shí)A的物質(zhì)的量是__________。
答案 0.5 mol
解析 根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式知，v(A)∶v(B)∶v(C)＝1∶2∶2，則c(A)∶c(B)∶c(C)＝1∶2∶2，此時(shí)可判斷c(B)＝c(C)，因?yàn)榇朔磻?yīng)中B的消耗量等于C的生成量，又等于B的剩余量，則B消耗了原的一半，即1 mol，同時(shí)A消耗了0.5 mol。
11．將一定量的SO2和含0.7 mol氧氣的空氣(忽略CO2)放入一定體積的密閉容器中，550 ℃時(shí)，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：2SO2＋O2 2SO3(正反應(yīng)放熱)。反應(yīng)達(dá)到平衡后，將容器中的混合氣體通過(guò)過(guò)量NaOH溶液，氣體體積減少了21.28 L；再將剩余氣體通過(guò)焦性沒(méi)食子酸的堿性溶液吸收O2，氣體的體積又減少了5.6 L(以上氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)。(計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù))
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是________。(填字母)
a．SO2和SO3濃度相等
b．SO2百分含量保持不變
c．容器中氣體的壓強(qiáng)不變
d．SO3的生成速率與SO2的消耗速率相等
e．容器中混合氣體的密度保持不變
(2)欲提高SO2的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是
________________________________________________________________________。
(填字母)
a．向裝置中再充入N2
b．向裝置中再充入O2
c．改變反應(yīng)的催化劑
d．升高溫度
(3)求該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率(用百分?jǐn)?shù)表示)。
(4)若將平衡混合氣體的5%通入過(guò)量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克？
答案 (1)bc (2)b (3)消耗氧氣的物質(zhì)的量：
0．7 mol－5.6 L22.4 L•mol－1＝0.45 mol
反應(yīng)的n(SO2)＝0.45 mol×2＝0.9 mol，生成的n(SO3)＝0.9 mol
SO2和SO3的物質(zhì)的量之和：21.28 L22.4 L•mol－1＝0.95 mol
反應(yīng)前SO2的物質(zhì)的量為：0.95 mol
SO2的轉(zhuǎn)化率：0.9 mol0.95 mol×100%＝94.7%
(4)在給定條下溶液呈強(qiáng)酸性，不會(huì)產(chǎn)生BaSO3沉淀，因此m(BaSO4)＝0.90 mol×5%×233 g•mol－1＝10.5 g
解析 (1)由定義判斷b正確；由于恒溫恒容下的非等體積反應(yīng)，壓強(qiáng)不變說(shuō)明氣體的總物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡，c正確；由ρ＝mV中m和V都是定值，故ρ也始終不變，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡，e錯(cuò)誤；SO2和SO3的濃度大小關(guān)系不能作為平衡判定標(biāo)志，a錯(cuò)；d中SO3的生成速率和SO2的消耗速率任意時(shí)間點(diǎn)都相等，d錯(cuò)。
(2)由化學(xué)平衡的影響因素可知：恒容下充入N2不改變反應(yīng)混合物各成分濃度，平衡不移動(dòng)；充入O2則增大了反應(yīng)物O2的濃度，提高了SO2的轉(zhuǎn)化率；催化劑不改變平衡，無(wú)法影響SO2的轉(zhuǎn)化率；升高溫度會(huì)使平衡逆向移動(dòng)，降低SO2的轉(zhuǎn)化率。
(3)由信息知消耗氧氣的物質(zhì)的量：0.7 mol－5.6 L22.4 L•mol－1＝0.45 mol；②反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)SO2和SO3的總物質(zhì)的量為：21.28 L22.4 L•mol－1＝0.95 mol，因?yàn)镾O2和SO3的消耗和生成關(guān)系為1∶1，所以初始SO2的總量也是0.95 mol；③反應(yīng)的n(SO2)＝0.45 mol×2＝0.9 mol，生成的n(SO3)＝0.9 mol。
所以α(SO2)＝0.9 mol0.95 mol×100%＝94.7%。
(4)在給定條下，溶液呈強(qiáng)酸性，BaSO3不會(huì)沉淀，因此m(BaSO4)＝0.9 mol×5%×233 g•mol－1＝10.5 g。
第3時(shí) 化學(xué)平衡常數(shù)
[目標(biāo)要求] 1.知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義。2.能運(yùn)用化學(xué)平衡常數(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的判斷。3.能利用化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。
一、化學(xué)平衡常數(shù)
1．表達(dá)式
對(duì)于一般的可逆反應(yīng)：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，當(dāng)在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，平衡常數(shù)的表達(dá)式為：＝ccC•cdDcaA•cbB。
2．意義
(1)值越大，說(shuō)明正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；反之就轉(zhuǎn)化越不完全，轉(zhuǎn)化率就越小。
(2)只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無(wú)關(guān)。
二、反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率
1．定義
物質(zhì)在反應(yīng)中轉(zhuǎn)化量與起始量的比值。
2．表達(dá)式
α＝Δnn始×100%＝Δcc始×100%。
3．意義
反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率表示在一定溫度和一定起始濃度下反應(yīng)進(jìn)行的限度。
知識(shí)點(diǎn)一 化學(xué)平衡常數(shù)
1．關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)的敘述，正確的是( )
A．只與化學(xué)反應(yīng)方程式本身和溫度有關(guān)
B．只與反應(yīng)的溫度有關(guān)
C．與化學(xué)反應(yīng)本身和溫度有關(guān)，并且會(huì)受到起始濃度的影響
D．只與化學(xué)反應(yīng)本身有關(guān)，與其他任何條無(wú)關(guān)的一個(gè)不變的常數(shù)
答案 A
解析 大量實(shí)驗(yàn)證明，化學(xué)平衡常數(shù)決定于兩個(gè)方面的因素：化學(xué)反應(yīng)的本身和反應(yīng)體系的溫度，與起始濃度等其他外界條沒(méi)有任何關(guān)系。
2．1 000 時(shí)反應(yīng)C(s)＋2H2(g) CH4(g)的＝8.28×107，當(dāng)各氣體物質(zhì)的量濃度分別為H2 0.7 mol•L－1、CH4 0.2 mol•L－1時(shí)，上述反應(yīng)( )
A．正向移動(dòng) B．逆向移動(dòng) C．達(dá)到平衡 D．不一定
答案 A
解析 Q＝0.20.72＝0.408
Q<，說(shuō)明該反應(yīng)沒(méi)達(dá)到平衡，v正>v逆。
知識(shí)點(diǎn)二 轉(zhuǎn)化率
3．在某溫度下，將2 mol A和3 mol B充入一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：aA(g)＋B(g) C(g)＋D(g)，5 min后達(dá)平衡。已知各物質(zhì)的平衡濃度關(guān)系為c(A)a•c(B)＝c(C)•c(D)。若在溫度不變的情況下，將容器的容積擴(kuò)大為原的10倍，A的轉(zhuǎn)化率不發(fā)生變化，則B的轉(zhuǎn)化率為( )
A．60% B．24% C．12% D．40%
答案 D
4．在一定條下，SO2和O2發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。
(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式＝________。
(2)降低溫度，該反應(yīng)的值________(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率________，化學(xué)反應(yīng)速率________。
答案 (1)c2SO3c2SO2•cO2 (2)增大 增大 減小
解析 (1)化學(xué)平衡常數(shù)是指在一定溫度下，達(dá)到平衡的可逆反應(yīng)里生成物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積之比，故＝c2SO3c2SO2•cO2。
(2)降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，故值增大，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，但化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的降低而減小。(有關(guān)化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)下節(jié)介紹)
知識(shí)點(diǎn)三 化學(xué)平衡計(jì)算
5．在一定溫度下，一定體積的密閉容器中有如下平衡：H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)。已知H2
和I2的起始濃度均為0.1 mol•L－1，達(dá)到平衡時(shí)，HI的濃度為0.16 mol•L－1。若H2和I2的起始濃度變?yōu)?.2 mol•L－1，則平衡時(shí)H2的濃度(mol•L－1)是( )
A．0.16 B．0.08 C．0.04 D．0.02
答案 C
解析 由于開(kāi)始時(shí)HI的濃度為0，平衡時(shí)HI的濃度為0.16 mol•L－1，故反應(yīng)中H2和I2的濃度都減小了0.08 mol•L－1，H2、I2、HI的平衡濃度分別為0.02 mol•L－1、0.02 mol•L－1、0.16 mol•L－1，則H2＋I(xiàn)2 2HI的化學(xué)平衡常數(shù)為：＝0.1620.02×0.02＝64，若H2和I2的起始濃度變?yōu)?.2 mol•L－1，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)H2的濃度減少了x mol•L－1，則：
H2�。2 ?? 2HI
開(kāi)始濃度(mol•L－1) 0.2 0.2 0
變化濃度(mol•L－1) x x 2x
平衡濃度(mol•L－1) 0.2－x 0.2－x 2x
將平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式：2x20.2－x2＝64，解得x＝0.16 mol•L－1，故平衡時(shí)H2的濃度是0.2 mol•L－1－0.16 mol•L－1＝0.04 mol•L－1。
練基礎(chǔ)落實(shí)
1．對(duì)于3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2(g)，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為( )
A．＝cFe3O4•cH2cFe•cH2O B．＝cFe3O4•c4H2cFe•c4H2O
C．＝c4H2Oc4H2 D．＝c4H2c4H2O
答案 D
解析 平衡常數(shù)是生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值，但固體濃度視為1，不寫入平衡常數(shù)計(jì)算式中。
2．在可逆反應(yīng)中，平衡常數(shù)與反應(yīng)進(jìn)行的限度關(guān)系正確的是( )
A．越大，反應(yīng)程度越大
B．越大，反應(yīng)程度越小
C．的大小與反應(yīng)程度無(wú)關(guān)
D．升高溫度，增大
答案 A
解析 對(duì)于給定的可逆反應(yīng)體系，化學(xué)平衡常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，A項(xiàng)正確；化學(xué)平衡常數(shù)與溫度升降的關(guān)系視具體反應(yīng)而定，對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，越小；對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度越高，越大。
3．2 000 時(shí)，反應(yīng)CO(g)＋12O2(g) CO2(g)的平衡常數(shù)為，則相同溫度下反應(yīng)
2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)的平衡常數(shù)′為( )
A.1 B．2 C.12 D.112
答案 C
解析 平衡常數(shù)與化學(xué)方程式的寫法有關(guān)，對(duì)于以上兩個(gè)反應(yīng)：＝cCO2cCO•c12O2，′＝c2CO•cO2c2CO2，所以′＝12。
4．298 時(shí)，各反應(yīng)的平衡常數(shù)如下：
①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)，＝1×10－30；
②2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g)，＝2×1081；
③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)，＝4×10－92
則常溫下，NO、H2O、CO2這三個(gè)化合物分解放氧的傾向最大的是( )
A．① B．② C．③ D．無(wú)法判斷
答案 A
解析 要判斷NO、H2O、CO2這三個(gè)化合物分解放氧的傾向，則必須求出各個(gè)分解放氧反應(yīng)的平衡常數(shù)，然后比較大小即可。由計(jì)算可知：
①2NO(g) N2(g)＋O2(g)，＝1×1030
②2H2O(g) 2H2(g)＋O2(g)，＝5×10－82
③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)，＝4×10－92
平衡常數(shù)越大，表示反應(yīng)進(jìn)行得越徹底，因此反應(yīng)①即NO分解放氧的傾向最大。
練方法技巧
5．已知可逆反應(yīng)：(g)＋N(g) P(g)＋Q(g) ΔH>0，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)在某溫度下，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c()＝1 mol•L－1，c(N)＝2.4 mol•L－1。達(dá)到平衡后，的轉(zhuǎn)化率為60%，此時(shí)N的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______；
(2)若反應(yīng)溫度升高，的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”、“減小”或“不變”)；
(3)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c()＝4 mol•L－1，c(N)＝a mol•L－1；達(dá)到平衡后，c(P)＝2 mol•L－1，a＝________。
(4)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度為：c()＝c(N)＝b mol•L－1，達(dá)到平衡后，的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。
思路點(diǎn)撥：解答本題要把握以下兩點(diǎn)：
(1)運(yùn)用三段式求出平衡轉(zhuǎn)化率。
(2)溫度不變平衡常數(shù)不變。
答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41.4%
解析 (g) ＋ N(g) P(g)�。(g)
起始濃度mol•L－1 1 2.4 0 0
轉(zhuǎn)化濃度mol•L－1 1×60% 1×60% 1×60% 1×60%
平衡濃度mol•L－1 0.4 1.8 0.6 0.6
N的轉(zhuǎn)化率為0.6 mol•L－12.4 mol•L－1×100%＝25%。
(2)由于該反應(yīng)正反應(yīng)吸熱，溫度升高，增大，平衡右移，則的轉(zhuǎn)化率增大。
(3)溫度不變，平衡常數(shù)不變，＝0.6×0.60.4×1.8＝2×24－2×a－2＝12，a＝6。
(4)根據(jù)(3)的結(jié)果，設(shè)的轉(zhuǎn)化率為x，則＝bx×bxb1－x×b1－x＝12，則x1－x＝12，x＝41.4%。
6．某溫度下，將H2和I2各0.1 mol的氣態(tài)混合物充入10 L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c(H2)＝0.008 mol•L－1。
(1)求該反應(yīng)的平衡常數(shù)。
(2)在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.2 mol，試求達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度。
答案 (1)平衡常數(shù)為0.25
(2)c(H2)＝c(I2)＝0.016 mol•L－1，c(HI)＝0.008 mol•L－1
解析 (1)依題意可知，平衡時(shí)c(H2)＝0.008 mol•L－1，消耗c(H2)＝0.002 mol•L－1，生成c(HI)＝0.004 mol•L－1
H2�。2 ?? 2HI
起始時(shí)各物質(zhì)濃度(mol•L－1) 0.01 0.01 0
平衡時(shí)各物質(zhì)濃度(mol•L－1) 0.008 0.008 0.004
＝c2HIcH2•cI2＝0.00420.0082＝0.25。
(2)依題意可知，c(H2)＝0.02 mol•L－1，c(I2)＝0.02 mol•L－1。
設(shè)H2的消耗濃度為x，則：
H2 ＋ I2 ??2HI
平衡時(shí)物質(zhì)濃度(mol•L－1) 0.02－x 0.02－x 2x
因?yàn)椴浑S濃度發(fā)生變化，只與溫度有關(guān)，則有：
＝c2HIcH2•cH2＝2x20.02－x2＝0.25，
解得x＝0.004 mol•L－1。
平衡時(shí)c(H2)＝c(I2)＝0.016 mol•L－1，
c(HI)＝0.008 mol•L－1。
7．合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)在某溫度下達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度是c(N2)＝3 mol•L－1，c(H2)＝9 mol•L－1，c(NH3)＝4 mol•L－1，求：
①該溫度時(shí)的平衡常數(shù)；②N2、H2的起始濃度。
答案 ①＝7.32×10－3
②c(N2)＝5 mol•L－1 c(H2)＝15 mol•L－1
解析�。絚2NH3cN2•c3H2＝423×93＝7.3×10－3
N2 ＋ 3H2 ?? 2NH3
起始 x y 0
平衡 3 mol•L－1 9 mol•L－1 4 mol•L－1
Δc x－3 mol y－9 mol•L－1 4 mol•L－1
x－34＝12 x＝5 mol•L－1
y－94＝32 y＝15 mol•L－1
8．在一個(gè)容積為500 mL的密閉容器中，充入5 mol H2和2 mol CO。在一定溫度和一定壓強(qiáng)下，發(fā)生如下反應(yīng)：
2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)，經(jīng)過(guò)5 min后達(dá)到平衡狀態(tài)。若此時(shí)測(cè)得CH3OH蒸氣的濃度為2 mol•L－1，求：
(1)以H2的濃度變化表示的該反應(yīng)的速率；
(2)達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率；
(3)該溫度下的。
答案 (1)v(H2)＝0.8 mol•L－1•min－1
(2)50%
(3)0.028L2•mol－2
解析 設(shè)CO反應(yīng)的濃度為x，則H2反應(yīng)的濃度為2x，由題意可得：
c(起始H2)＝5 mol/0.5 L＝10 mol•L－1，
c (起始CO)＝2 mol/0.5 L＝4 mol•L－1，
2H2(g)�。獵O(g)??CH3OH(g)
起始濃度：10 mol•L－1 4 mol•L－1 0
反應(yīng)濃度：2x x 2 mol•L－1
平衡濃度：10－2x 4－x 2 mol•L－1
解得：x＝2 mol•L－1
10－2x＝6 mol•L－1
4－x＝2 mol•L－1
(1)v(H2)＝Δc(H2)/t＝4 mol•L－1/5 min
＝0.8 mol•L－1•min－1
(2)α(CO)＝c(反應(yīng)CO)/c(起始CO)×100%
＝2 mol•L－1/4 mol•L－1×100%＝50%
(3)＝cCH3OHcCO•c2H2＝22×62L2•mol－2＝0.028 L2•mol－2
練綜合拓展
9．氨是重要的氮肥，合成原理為：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ•mol－1�；卮鹣铝袉�(wèn)題：
(1)寫出平衡常數(shù)的表達(dá)式_______________________________________________，
如果降低溫度，該反應(yīng)值____________，化學(xué)反應(yīng)速率______，N2的轉(zhuǎn)化率______。(填“增大”、“減小”或“不變”)
(2)在500℃、20 Pa時(shí)，將N2、H2置于一個(gè)容積為2 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示，回答下列問(wèn)題：
①10 min內(nèi)以NH3表示的平均反應(yīng)速率為
________________________________________________________________________
________________。
②在10～20 min內(nèi)，NH3濃度變化的原因可能是( )
A．使用了催化劑 B．縮小容器體積
C．降低溫度 D．增加NH3物質(zhì)的量
③第1次平衡的時(shí)間為：____________，第2次平衡的時(shí)間為：____________，第1次平衡：平衡常數(shù)1＝________________________________________________________
(帶數(shù)據(jù)的表達(dá)式)，第2次平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)__________；
④在反應(yīng)進(jìn)行至25 min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因：
________________________________________________________________________
________________，達(dá)第二次平衡時(shí)，新平衡的平衡常數(shù)2______1(填“大于”、“小于”或“等于”)。
答案 (1)＝c2NH3cN2•c3H2 增大 減小 增大
(2)①0.005 mol•L－1•min－1 ②A
③20～25 min 35～40 min 0.1520.125×0.0753 45.5%
④移走0.1 mol NH3 等于
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